牛欄江—滇池補水工程棄渣場選址及水土保持措施設計

連振龍， 郭艷波(.云南秀川環境工程技術有限公司，云南 昆明 65002；2.云南環境工程設計研究中心，云南 昆明 650034；3.云南省環境科學研究院/中國昆明高原湖泊國際研究中心，云南 昆明 650034)

牛欄江—滇池補水工程棄渣場選址及水土保持措施設計

連振龍1， 郭艷波2,3
(1.云南秀川環境工程技術有限公司，云南 昆明 650021；2.云南環境工程設計研究中心，云南 昆明 650034；3.云南省環境科學研究院/中國昆明高原湖泊國際研究中心，云南 昆明 650034)

引水工程；棄渣場；選址；水土保持；防護措施

牛欄江—滇池補水工程是滇中調水近、中期重點工程，重點向滇池補充生態水量，改善滇池水環境。工程建設中動用土石方量較大，在分析工程建設特點、項目區自然條件的基礎上，針對棄渣場的棄渣堆放特點、環境特點、安全穩定要求及水土流失防治等，探討引水工程棄渣場選址及水土保持措施設計。

1 工程及項目區概況

牛欄江—滇池補水工程是滇池水環境綜合治理中的近期外流域調水工程，是滇中調水近、中期重點工程，重點向滇池補充生態水量，改善滇池水環境，并在昆明發生供水危機時，提供城市生活及工業用水。工程涉及昆明市的尋甸縣、嵩明縣、官渡區、盤龍區，曲靖市的沾益縣和會澤縣，工程等級及規模為Ⅱ等、大(2)型。工程建設內容包括德澤水庫水源工程、德澤干河泵站提水工程和德澤干河提水工程至昆明(盤龍江)的輸水線路工程3個部分。

項目區所在的牛欄江流域位于滇中高原北東與黔西高原交界處，山脈、水系大致呈南北及北東—南西向，牛欄江上游段(嵩明、楊林盆地)為中低山剝蝕丘陵地貌區，嵩明至黃梨樹為中山溶蝕地貌區，黃梨樹至金沙江交匯口為中高山侵蝕地貌區。項目區多年平均降水量858.4～1 039.8 mm，多年平均氣溫12.7～15.6 ℃，5—10月降水量約占全年的90%。項目區土壤的垂直分布明顯，主要有紅壤、黃壤、黃棕壤、棕壤及少量紫色土、燥紅土。植被屬于滇中、滇東高原半濕潤常綠闊葉林、云南松林，林草植被覆蓋率60.5%，牛欄江流域上游植被覆蓋狀況尚好，中、下游由于人類破壞嚴重，植被覆蓋極差，加之上游多為寬闊的壩子或丘陵，下游山高坡陡，流域侵蝕產沙現象普遍，呈現上游輕微、下游嚴重的特點。

2 棄渣場選址及布設情況

根據工程實際情況，在主體工程施工組織設計土石方平衡的基礎上，綜合考慮地形、地貌、水文地質條件、環境敏感區、涉及安置人數與專項設施數量及其投資、棄渣場占地類型與面積、容量、運距、運渣道路、防護措施及其投資、損壞水土保持設施數量及可能造成的水土流失危害、棄渣場后期利用方向等因素后進行合理可行的棄渣場選址。棄渣場選址應避開潛在危害大的泥石流、滑坡等不良地質地段，對重要基礎設施、人民群眾生命財產安全及行洪安全、環境敏感區有重大影響的區域(如河道、湖泊、已建水庫管理范圍內等)不布設棄渣場，匯水面積和過水流量較大、溝谷縱坡陡、出口不易攔截的溝道不宜布設棄渣場[1-2]。綜上所述，本工程棄渣場選址影響因子分析詳見表1。

表1 棄渣場選址影響因子分析

根據以上原則，山區、丘陵區宜選擇在工程地質和水文地質條件相對簡單，地形相對平緩的溝谷、凹地、坡臺地、灘地等布置棄渣場，本工程共布置51個棄渣場，其中：水源工程區和提水工程區各布設3個，棄渣量376.75萬m3；引水線路區德澤至糟家灣段布置12個，棄渣量155.55萬m3；糟家灣至昆明段布置33個，棄渣量548.72萬m3(以上均為松方)。本研究選取具有代表性的引水線路區德澤至糟家灣段棄渣場作為研究對象，具體布設情況詳見表2。

表2 引水線路區德澤至糟家灣段棄渣場布設情況

引水線路區德澤至糟家灣段棄渣主要來源于隧洞施工，棄渣場類型以溝道型為主，就近布設在隧道出、入口附近的凹地和溝道里，有利于后續水土保持措施的設計，減少了棄渣運輸成本，且各棄渣場無不良地質現象，渣場上、下游無居民點、工業企業和長流水，不涉及風景名勝區和自然保護區等環境敏感區，不影響重要基礎設施、人民群眾生命財產安全及行洪安全等。

3 棄渣場水土保持措施設計

由于全線棄渣場數量較多，加之考慮到文章篇幅有限，因此這里僅以其中引水線路區德澤至糟家灣段棄渣場為例，詳細說明棄渣場水土保持措施設計。

在堆渣前先剝離棄渣場表土，堆放在各渣場的合適位置并采取臨時防護措施，待施工結束后用于渣場復墾和植物措施的綠化覆土。為保證棄渣穩定，棄渣采用分臺堆置方案，每臺高度10～15 m，設置3～4 m寬平臺，各分級臺階邊坡比為1∶2，堆至渣頂設計標高，然后平堆，在設計渣場頂端形成平臺，對各棄渣場采取攔渣墻(壩)、截排水溝、沉沙池、植樹種草、復耕等水土保持措施。根據《水利水電工程水土保持技術規范》，本工程棄渣場等級為三級，防洪標準為20年一遇[2-4]。

3.1 攔擋工程設計

從表2來看，引水線路區棄渣場包括凹地型、溝道型、臨河型3種類型。根據地形、水文地質、棄渣量、建材、施工、經濟及其對周圍環境的影響，通過綜合方案比選確定攔擋工程。攔擋工程包括：①擋渣壩是從上游開挖線至干砌石護腳頂部平面以下部分，設計最大壩高6.0～10.0 m，壩頂寬度3.0～5.0 m，上邊坡1∶2，下邊坡1∶2.5，下部設置高2.0～3.0 m、頂寬1.5 m、上下邊坡分別為1∶1和1∶1.5的干砌石護腳。壩體用渣料中的毛塊石進行填筑，上部用開挖渣料填筑并分層碾壓，碾壓層厚50～80 cm，孔隙率小于26%，最大干容重1.9 t/m3。②擋渣墻采用重力式漿砌塊石修建，具有設計施工簡便、就地取材、安全可靠的特點。其斷面尺寸墻高3.0～5.0 m、頂寬0.8～1.5 m、墻背邊坡為1∶0.2～1∶0.7，墻面為垂直面，墻身布置10 cm×10 cm排水孔，孔距2 m，沿墻線方向每隔15 m設置一道伸縮縫，縫寬3 cm。③格賓式鋼絲網石籠擋墻屬于柔性材料，具有適應變形、透水性的特點，一般布置在地質基礎條件差且堆渣坡度較平緩的渣場，斷面較漿砌石擋渣墻寬大，分層錯位碼砌，斷面尺寸墻高2.0～4.0 m、頂寬1.0～3.0 m，墻背垂直，墻面為梯臺形式，基礎開挖深度0.5 m，單個鋼絲籠長×寬×高為2.0 m×1.0 m×1.0 m。引水線路區德澤至糟家灣段攔擋工程具體斷面設計見表3。

表3 引水線路區德澤至糟家灣段攔擋工程斷面設計

注：①河底棄渣場為凹地型棄渣場，棄渣量不大，未布設攔擋措施；②格賓擋墻和擋渣壩均為柔性攔擋建筑物，墻趾高按0計。

3.2 排水工程設計

攔擋工程修建完成后，改變了自然溝道的坡面徑流，為了避免坡面徑流沖刷渣體，通過布設排水工程將坡面徑流排至下游溝道。根據攔擋工程控制的匯水面積、降雨強度、工程等級及相應設計洪水標準確定排水工程形式，一般分為兩類:①涵洞/管，即埋在渣體下部河溝溝底，穿過擋渣壩與出口消力池連接，適用于匯水面積較大、設計洪峰流量亦大的棄渣場。②排水溝，一般布置在渣面與山坡坡腳相交處，出水口與自然溝道相順接，適用于匯水面積較小且設計洪峰流量不大的渣庫[5]。

排水工程設計根據匯水面積、產流參數及降水強度等確定其結構形式、布置方式和過水能力。根據各棄渣場P=5%洪峰流量，排水涵管采用預制混凝土承插管，管壁厚82 mm，排水管下部細砂墊層厚度20～40 cm，上部回填碎石厚度50 cm。排水溝斷面為梯形和矩形，用漿砌石修建，按明渠均勻流設計過水斷面，再加0.10～0.15 m安全超高，漿砌石襯砌厚度為30 cm。此外，在各渣場排水工程末端設置漿砌石沉沙池，對匯集的坡面徑流進行消能沉淀后再進行排放，沉沙池容積為10 m3，長、寬和深2～4 m，襯砌厚度為30 cm。

3.3 土地整治

棄渣場占地類型主要為林地、草地和耕地。為避免水土資源流失，保障棄渣場植被恢復和復墾的需要，在棄渣堆放前先進行表土剝離，平均剝離表土厚度為0.40 m，待棄渣結束后，將剝離表土全部回覆至棄渣表面并進行場地平整。

3.4 植被恢復及復墾措施設計

根據項目區立地條件，選用先進可行的造林技術進行植被恢復。各棄渣場表土回覆、場地平整后，渣場平臺占用耕地的優先復墾，占用林地、草地的選擇喬木和灌木行間結合，按1∶1混交，株行距1.5 m×2.0 m，渣場坡面種植灌木，平臺和坡面同時撒播草種防護。

3.5 剝離表土臨時攔擋設計

表土剝離后臨時堆放在各渣場的合適位置，堆土邊坡比1∶2.0，需要采取臨時措施進行防護。堆渣期間渣場的植物措施尚未實施，為避免暴雨對堆渣體的沖刷，堆土場四周一般采用臨時廢棄土石編織袋擋墻進行防護，斷面尺寸底寬2.2 m、頂寬0.6 m、高度2.0 m、邊坡1∶0.4，廢棄土石編織袋擋墻可以起到擋護和穩定坡腳的作用。

4 結 語

從牛欄江—滇池補水工程來看，工程棄渣量大(1 081.02萬m3)，輸水線路較長、隧洞比例大是棄渣產生的主要原因，因此合理進行棄渣場選址對后續水土保持措施設計至關重要。通過棄渣場選址影響因子綜合分析，共設置了51個棄渣場，本研究選取具有代表性的引水線路區德澤至糟家灣段的12個棄渣場進行水土保持措施設計，從工程措施、植物措施、臨時措施等方面提出相應的防治措施，使棄渣場水土流失得到有效防治。

牛欄江—滇池補水工程大量的棄渣不僅造成了資源的極大浪費，也影響了周邊的生態環境。為了解決棄渣場選址及水土保持防護困難等問題，可以借鑒一些同類工程，將棄渣作為骨料用于工程建設(如堤壩填筑等)、回填料場開采坑回填、人造景觀、周邊道路建設等方面[6]，從棄渣綜合利用的角度來說，可有效地減少因工程棄渣造成的占地、投資和水土流失。

[1] 趙永軍.開發建設項目水土保持方案編制技術[M].北京:中國大地出版社，2007:154-155.

[2] 水利部.水利水電工程水土保持技術規范：SL 575—2012[M].北京:中國水利水電出版社，2012:1-59.

[3] 郭建華.水力風力交錯侵蝕區棄渣場水土保持防治措施探討[J].水土保持應用技術，2016(2):12-13.

[4] 水利部.開發建設項目水土保持技術規范：GB 50433—2008[M].北京:中國計劃出版社，2008:91-101.

[5] 王禹生，萬彩兵.開發建設項目棄渣場設計探討[J].人民長江，2004，35(10):11-13.

[6] 劉冠軍.水利水電工程棄渣綜合利用方式研究[J].中國水土保持，2013(6):62-64.

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連振龍(1982—)，男，山東聊城市人，工程師，碩士，主要從事水利水電工程水土保持設計工作；通信作者郭艷波(1982 —)，女，吉林松原市人，工程師，碩士，主要從事水土保持方案編制及環境影響評價工作。

2017-03-10

(責任編輯 孫占鋒)